新型数字保护装置主板的应用研究

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1、太原理工大学硕士学位论文新型数字保护装置主板的应用研究姓名：吴变桃申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：韩富春;牛志刚2003.4.1⋯⋯⋯⋯⋯零s-f8322。新型数字保护装置主板的应用研究摘要电力系统在运行过程中不可避免的会发生各种类型的故障，在主要电气设备上装设相应的保护装置是电力系统安全运行的有力措旋。电力生产发展的需要和新技术的陆续出现是电力系统继电保护原理和技术发展的源泉，计算机技术的发展，使得继电保护已从电磁型、整流型、晶体管型、集成电路型进入了数字型的时代。数字保护的应用和发展在当前条件下已取得丰富的运行经验，在高可靠性的

2、基础上，实现着良好的性能价格比。但随着电力系统自身体系的日益成熟与完善、计算机技术的不断发展以及用户对数字保护装置综合性能要求的进一步提高，现有的数字保护尚存在一定的差距。基于这一因素，我们研制了新型数字保护装置，采用双CPU结构，分别在管理板和主板上，两板的CPU之间通过CAN总线连接．管理板实现人机对话功能，本文将着重介绍主板上的MCU芯片、SPI总线扩展接口、交流量采集及其交流量处理算法、开关量输出电路以及整个装置所采取的抗干扰措施．MCU是整个新型数字保护的核心，本装置的主板和管理板上的MCU都选用MOTOROLA公司的MC9S12DG256，

3、其中SPI串行扩展总线的使用，使得装置的开入、开出和A／D芯片与MCU接口简单，大大提高了装置的可靠性，在本装置中起着举足轻重的作用，本文对256微处理器介绍后，将对其内部SPI串行扩展总线单独介绍。’-。屎理z大掌硬±研究生掌位论文II结合数字保护设计要求，分析了传统的数字保护交流量采集单元存在的问题，指出单一模数转换器(A／D)的处理能力较差，VFC型模数转换器在高速高精度采样时，精度的提高是以扩大积分面积和延长转换时间为代价的，MC9S12DG256的片内A／D又不能满足精度要求，最后介绍了新型保护装置所采用的集成芯片AD7890，它是一个集多路

4、转换开关、采样／保持、A／D转换为一体的数据采集芯片，能满足保护装置对速度和精度要求(12位精度、5．9us转换时间)，同时和SPI接口简单，易于对其进行操作。传统的开关量输出电路结构一般由并行接口、光电隔离和中间继电器组成，光耦多，电路复杂，可靠性差，我们采用MC33291作为开出接口芯片，大大提高了保护动作的可靠性，提高了驱动能力，MC33291的SPI接口也简化了开出电路，减少了PCB板面积。此外，交流量采集完成后数据的处理将尤为重要，本文提出了用差分法消除傅氏所不能滤除的衰减直流分量，采用傅氏和差分相结合的算法；对于保护中经常遇到的开方运算，提

5、出了逐次比较法对其进行计算。这些算法显著提高了计算速度和精度。最后从软硬件方面介绍了整个装置所采取的可靠性措施。数字保护的发展趋势是高速化、智能化、一体化，本文所提出的这些硬件和软件措施，对于数字保护技术来说，是一个比较大的突破．显著提高了数字保护装置快速性、经济性和抗干扰能力，对于电力系统更安全可靠运行提供了有力的技术支持．关键词：数字保护，SPI串行扩展，交流量采集，开出电路^Alz^掌Ⅲ±究生学位衰一111THEAPPLICATIONOFMAINBoARDINNEWDIGITALPROTECTIoNDEVICEABSTRACTItisunavoi

6、dablethatallsortsoffaultshappenintherunningofpowersystems，SOtheinstallationofprotectiondevicesinelectricequipmentsisapowerfulmeasureforthesafetyofpowersystems．Thedevelopmentalrequirementofpowersystemsandthecontinuousappearanceofnewtechnologyarethesourceoftheevolutionofthetheorya

7、ndtechnologyinrelayprotectionofpowersystems．Withthedevelopmentofcomputertechnology,relayprotectionhasenteredintodigitalage．Inrecentyears，therehavebeenabundantexperiencesintheapplyinganddevelopmentofdigitalprotection．Currentdeviceshavehighperformanceinreliability,economyandspeed，

8、However,therearestillmanydisadvantagesintheexis